智能内窥镜导航中一种新的多传感器融合算法

首先介绍了智能内窥镜导航中视觉传感器和触觉传感器的导航原理及应用情况;然后通过分析各种传感器的数据,对各种传感器的信息进行可信度分配;最后采用Dempster Shafer证据理论方法,以各种传感信息作为证据,引导内窥镜.试验证明,在内窥镜导航中使用多传感器融合算法后,可以过滤单个传感器的微小变化,放大单个传感器的显著变化,有利于引导内窥镜的介入,能有效解决内窥镜穿孔问题.     

光纤光栅形状传感器的研究

传感器总长810mm,直径为2.5mm,4根光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)互成90°分布在用记忆合金丝(Shap Memory Alloy,SMA)做基材的表面。通过在波分复用的基础上添加光时分复用来改进传感网络布置,提高测量精度;同时,设计了一套封装装置来确保封装时FBG与基材之间的准确定位以及黏结剂能够均匀的涂覆在基材和FBG表面,提高传感器的封装精度。实验结果表明,该FBG形状传感器的测量精度为3.1%。     

靶准直器悬臂Y向调整机构受力和变形研究

靶准直器是惯性约束核聚变靶场中的重要部件,其在靶室中的位姿是保证靶定位瞄准精度的主要因素之一。为了实现微米级的定位瞄准精度,需要利用调整机构对靶准直器位姿进行调整。本文采取理论分析、有限元仿真和实验验证相结合的方法对靶准直器悬臂Y向调整机构的受力变形和稳定性进行了研究。根据对Y向调整机构的受力变形分析,得到结构受力变形的理论关系式,可从理论上优化Y向调整机构的刚度和稳定性;基于有限元仿真对Y向调整机构进行相应约束条件下的稳定性分析和结构优化;利用实验装置对靶准直器整体稳定性进行实验测试。实验结果表明:Y向调整机构优化后,靶准直器静态Y向变形由原来的7.9μm减小至小于2μm,动态稳定性满足系统2μm/2h的稳定性要求。同时,试验、仿真和理论分析结果的变化趋势一致,验证了理论和仿真分析的正确性。     

高功率激光装置中靶的进化式位姿检测

高功率激光装置中靶的定位精度直接影响激光打靶的成功率。提出一种基于立体建模的进化式微小靶标位姿检测方法,该方法抛弃已有的图像处理算法对单幅图像进行特征提取的过程,通过建立立体模型将多视角图像中的目标相关联,实现相互制约的立体匹配。在模型优化方面,模拟人眼的"扫视"与"注视"功能改进遗传算法,使模型优化能同时兼顾精度与速度,为实现快速、高精度的靶自动检测与定位提供技术基础。实验搭建了3-CCD视觉检测平台并通过视觉反馈控制对标靶进行定位调整,所得定位精度小于5μm,角度误差小于0.05°。实验结果满足激光打靶要求,可应用于实际工程中。     

基于模糊PID的助行外骨骼机器人控制研究

为了研究外骨骼机器人的步态控制,提出了一种基于模糊PID的算法,首先给出机器人的一般增量式PID控制算法,然后根据机器人关节角度误差和误差变化量的参数,选择了隶属函数,最后结合实际操作经验,建立了模糊规则表,完成了对PID参数的在线自整定.试验结果表明,模糊PID控制方法能够使外骨骼机器人平稳运动,初步实现了机器人的步...     

基于OpenGL的3-CCD靶定位仿真系统

为了提高高功率激光装置中各组成系统调试阶段的工作效率,利用OpenGL图形软件建立靶了定位仿真系统,使得靶定位算法的调试和初步验证在实验平台等硬件条件尚未完善的情况下能够独立进行。利用模板匹配和3-CCD空间定位法对靶丸进行定位监测,并考虑姿态调整过程中由于靶杆长度引起的位置偏移,在算法中给予补偿。仿真系统不仅实现了目标靶丸、送靶机构等虚拟构建,还运用OpenGL成像技术实现了CCD仿真图像的采集。最后利用该仿真系统对靶丸特征检测、空间位姿计算、补偿式姿态调整等算法进行了调试。结果表明,通过相机监测可将靶丸由任意位姿调至目标零位,验证了该检测与定位算法应用于实际工程的可行性。     

步行康复机器人轨迹控制方法研究

为了满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了以外骨骼助行腿为核心的步行康复机器人,其重要的要求是保证机器人的运动轨迹符合患者康复训练要求。为使机器人能模拟步态为患者提供康复训练,在合理的步态规划后对轨迹的控制方法进行了研究,在控制系统软、硬件平台上完成了步行康复机器人助行腿的两种轨迹控制方式(位置控制和速度控制)。通过实验验证了控制方式的可行性,满足了患者步态训练需要。同时实验结果表明,速度控制方式比位置控制方式更加适合步行康复机器人。     

智能内窥镜视觉导航技术研究

在研究内窥镜导航的基础上,提出了基于计算机视觉的内窥镜导航技术,该技术采用了一种自适应阈值图像分割加速算法的寻径方法,并通过三维映射计算内窥镜头部偏摆角度。该方法具有较高的准确性和稳定性,在精度和速度上基本满足内窥镜导航的要求。     

地下管线形状检测中的缆线收放新机构设计

以地下管线非开挖形状探测用包有光纤光栅的线缆为研究对象,研究设计了一种在收放线缆过程中可防止其扭转缠绕的机构,并进行了运动学仿真。     

一种新颖结构的微型直线驱动器的设计和精度分析

针对传统直线驱动方式存在尺寸大等不足,设计了一种新颖的螺旋式结构的微型直线驱动器并介绍了其组成部分和运行原理,最后对驱动器的精度和回差进行了详细的实验验证分析。实验表明驱动器在工作时具有稳定的步进特性;在运转方向改变时存在误差。实验测得了驱动器的平均回差值,可通过脉冲补偿的方式消除误差。